7月22日從中國科學院理化技術研究所傳出消息，該所研究員張鐵銳團隊在室溫乙炔還原制乙烯研究中取得進展，提出一種基于氣―固―液三相界面的新型電催化乙炔還原反應策略，有望取代現有熱催化乙炔加氫技術，應用于工業乙烯原料氣的提純過程。
據介紹，研究團隊發展的室溫乙炔電還原策略，將低濃度乙炔轉換為乙烯所需的電力成本不足乙烯市場價格的0.5%，且較傳統熱催化在能量與原子經濟性等方面表現出突出優勢。此外，該團隊解決了傳統固―液兩相電催化體系界面擴散傳質的科學難題，乙炔還原電流密度提升60余倍，法拉第效率提高約40%，使電催化乙炔還原的多項性能測試結果達到甚至超越了傳統熱催化加氫系統報道的最高值，是電化學在未來化工業中有望取代熱化學過程的又一標志性研究例證。
張鐵銳表示，傳統的熱催化乙炔加氫技術通常需要在100℃以上的溫度進行，且需要引入過量氫氣，不僅易引發乙烯過度加氫，還會導致后續額外的氣體分離操作。因此，在更低溫度下實現乙炔的選擇性催化轉化，同時避免引入額外氣體雜質，仍面臨挑戰。
富乙烯氣氛中低濃度乙炔的室溫選擇性轉換，有賴于催化材料及催化體系的重新設計。“鑒于此，結合在催化材料、電化學方面的研究基礎，課題組從材料制備、反應器設計、參數調控等多個方面進行棋盤式搜索與測試，最終找到了銅基界面結構催化材料、薄層氣體擴散微流體反應器、堿性電解質等最優測試條件。”張鐵銳介紹說。
據了解，研究團隊采用層狀雙金屬氫氧化物(LDH)原位轉變形成的Cu/Cu?O界面結構納米催化材料，以水取代氫氣為質子源，在室溫下實現了富乙烯氣氛中低濃度乙炔的選擇性還原，乙炔轉化率達99.9%，乙烯選擇性大于90%，并將乙炔濃度由5000ppm降至1ppm以下。該電催化乙炔還原反應體系的各項指標(乙炔轉化率、乙烯選擇性、氫氣殘留量、反應溫度、比活性)均達到或超過了熱催化乙炔加氫報道的最優值。
具體來講，工業乙烯原料來源于石腦油等碳氫化合物的裂解，裂解產物中不可避免地含有0.5%～2.0%的乙炔雜質。乙炔雜質會毒化后續用于乙烯聚合反應的齊格勒―納塔催化劑，影響聚合物產品質量。因此，需要在聚合之前將乙炔雜質的濃度降低至ppm級別。
下一步，研究團隊將對催化材料結構與乙炔電還原活性間的關系做更深入研究，并在固態電解質、模塊化電化學乙炔還原系統等方面進行研究，推進電催化炔烴加氫、乙烯提純等技術路線的商業化應用。
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